一種多饋線組合式供變電構(gòu)造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及城市軌道交通供電領(lǐng)域，尤其涉及一種多饋線組合式供變電構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002]干線電氣化鐵路普遍采用由公用電網(wǎng)供電的單相工頻交流制，為使單相的牽引負荷在三相電網(wǎng)中盡可能取得平衡，往往對鐵路沿線的各個牽引變電所采用輪換相序接入電網(wǎng)的供電方案，而單個牽弓I變電所往往采用電網(wǎng)三相中的兩相供電。申請者提出的《一種電氣化鐵路同軸電纜供電系統(tǒng)，申請?zhí)?201410271250.9》，可以大大延長牽引變電所之間的供電距離，進而減少因牽引變電所數(shù)量增加而增加的影響列車順暢運行的分相數(shù)量，同時，可以方便地將單相工頻交流制引入以地鐵、輕軌為代表的城市軌道交通的供電。與干線電氣化鐵路不同，城市軌道交通的每條線路較短并且相互獨立、互不交叉，采用單相工頻交流制同軸電纜供電系統(tǒng)可以消除現(xiàn)有單相直流制引起的雜散電流及其對地下建筑物和金屬管道的不良影響，還能保持無分相的優(yōu)勢。當然，與電氣化鐵路一樣，城市軌道交通也有使單相的牽引負荷在三相電網(wǎng)中盡可能保持平衡的問題，就是盡可能把各條線路輪換相序接入電網(wǎng)。
[0003]針對電氣化鐵路的單個牽引變電所和多條線路在同一地點集中輪換相序接入電網(wǎng)的城市軌道交通變電所，本申請?zhí)岢鲆环N新的構(gòu)造方案，用最小容量和最小成本的有源補償技術(shù)，使隨機波動的牽引負荷產(chǎn)生的剩余負序就地平衡并滿足國標要求。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的就是提供一種多饋線組合式供變電構(gòu)造，提出電氣化鐵路的單個牽引變電所和多條線路在同一地點集中輪換相序接入電網(wǎng)的城市軌道交通變電所的構(gòu)造方案，用最小容量和最小成本的有源補償技術(shù)，使隨機波動的牽引負荷產(chǎn)生的剩余負序(電壓不平衡)就地平衡并滿足國標要求。
[0005]本實用新型的目的是由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0006]一種多饋線組合式供變電構(gòu)造，主要由牽引變壓器和有源補償裝置組成；其中，牽引變壓器至少具有二臺，均為單相接線，有源補償裝置由匹配變壓器MT和交直交變流器ADA構(gòu)成，其匹配變壓器MT為三相YNd接線，交直交變流器ADA為單相結(jié)構(gòu)；各個牽引變壓器原邊繞組依次連接于高壓母線ABC三個線電壓UfUp Uca，其中連接于線電壓Uab上的牽引變壓器記為牽引變壓器一 TTAB，連接于線電壓Ubc上的牽引變壓器記為牽引變壓器二TTbc,連接于線電壓Uca上的牽引變壓器記為牽引變壓器三TTca;匹配變壓器MT的三個原邊繞組分別連接于同一高壓母線ABC三個相電壓UA、UB、U。，匹配變壓器MT的三個次邊繞組分別連接三組交直交變流器的輸入端口，其中連接于相電壓隊的一組交直交變流器記為交直交變流器一 ADAa，連接于相電壓Ub的一組交直交變流器記為交直交變流器二 ADA b，連接于相電壓U。的一組交直交變流器記為交直交變流器三ADA。;牽引變壓器一 TT λβ次邊繞組與交直交變流器三ADA。的輸出端口相并聯(lián)，一端接地，一端經(jīng)牽引母線R輸出饋線一 Fab;牽引變壓器二 TTbc次邊繞組與交直交變流器一 ADAa的輸出端口相并聯(lián)，一端接地，一端經(jīng)牽引母線S輸出饋線二 Fb。;牽引變壓器三TT CA次邊繞組與交直交變流器二 ADAb的輸出端口相并聯(lián)，一端接地，一端經(jīng)牽引母線T輸出饋線三Fca;饋線F ab、饋線Fb。、饋線FcJ^電壓分別對應(yīng)原邊三個線電壓UAB、UBC、UCA，其大小相同、相位互差120°。
[0007]記饋線一 Fab的負荷功率為Sab、饋線二 Fbe的負荷功率為Sb。、饋線三Fea的負荷功率為Sca,記負荷功率{Sab, Sbc, ScJ中最小負荷功率Smin= min {S ab, Sbc, Sca}，負荷功率{sab, Sbc, ScJ中最大負荷功率Smax= max {S ab, Sbc, ScJ，認為負荷功率因數(shù)為1，對應(yīng)特定標準和饋線負荷組合工況，分三種情形:
[0008]甲、若最大負荷功率Smax=饋線一 F ab的負荷功率S ab，則有源補償裝置中的交直交變流器三ADA。的計算容量取饋線一 F ab的負荷功率S ^與最小負荷功率S min之差S ab_Smin所引起的三相電壓不平衡度超標部分功率的一半；
[0009]乙、若最大負荷功率Smax =饋線二 Fbe的負荷功率Sb。，則有源補償裝置中的交直交變流器一 ADAa的計算容量取饋線二 F b。的負荷功率S b。與最小負荷功率S min之差S bc;_Smin所引起的三相電壓不平衡度超標部分功率的一半；
[0010]丙、若最大負荷功率Smax =饋線三F Μ的負荷功率S ca,則有源補償裝置中的交直交變流器二 ADAb的計算容量取饋線三F Μ的負荷功率S⑶與最小負荷功率S min之差S M_Smin所引起的三相電壓不平衡度超標部分功率的一半。
[0011]本實用新型的工作原理分以下兩方面說明:
[0012]A、當負荷的功率因數(shù)相同時，在正序電壓下相位相差90°的負荷產(chǎn)生的負序相量的相位則相差180°，這就形成了最直接的、最小容量的負序補償理論基礎(chǔ)。在正序電壓下線電壓UAB、Ubc, %4分別與相電壓U c、UA、仏相位相差90°，于是有，連接于線電壓U λβ上的牽引變壓器一 1~1^與匹配變壓器MT連接于相電壓U。的一對繞組及其交直交變流器三ADA。相匹配，連接于線電壓Ub。上的牽引變壓器二 TT BC與匹配變壓器MT連接于相電壓U 4的一對繞組及其交直交變流器一 ADAaffi匹配，連接于線電壓U CA上的牽引變壓器三TT CA與匹配變壓器MT連接于相電壓Ub的一對繞組及其交直交變流器二 ADA ^目匹配。
[0013]B、當負荷的功率因數(shù)相同時，相位相差120°的三相負荷產(chǎn)生的合成負序是由三相中兩個較大的負荷(其大小分別為SmaxjR S max2)減去二相中最小的負荷(其大小為Smin)后剩余的相量(其大小分別為Smaxl-Smin和S max2-smin)疊加而成的，或者說，可認為三相負荷的大小經(jīng)配項分別記為Smin+(Smaxl-Smin)、Smin+(Smax2-Smin)和Smin，其中三相Smin是對稱的，其負序抵消，合成負序由兩相負荷所余大小Smaxl-SmidP Smax2-Smin在負序電壓下按120°疊加得到，這樣可以進一步減小對有源補償裝置容量的需求。由此并結(jié)合工作原理A可以確定有源補償裝置中的各交直交變流器的容量，分三種情形:
[0014]甲、若最大負荷功率Smax=饋線一 Fab的負荷功率Sab，則有源補償裝置中的交直交變流器三ADA。的計算容量取饋線一 F ab的負荷功率S ^與最小負荷功率S min之差S ab_Smin所引起的三相電壓不平衡度超標部分功率的一半；
[0015]乙、若最大負荷功率Smax =饋線二 F b。的負荷功率S b。，則有源補償裝置中的交直交變流器一 ADAa的計算容量取饋線二 F b。的負荷功率S b。與最小負荷功率S min之差S bc;_Smin所引起的三相電壓不平衡度超標部分功率的一半；
[0016]丙、若最大負荷功率Smax =饋線三F Μ的負荷功率S ca,則有源補償裝置中的交直交變流器二 ADAb的計算容量取饋線三F Μ的負荷功率S⑶與最小負荷功率S min之差S M_Smin所引起的三相電壓不平衡度超標部分功率的一半。
[0017]同樣，各交直交變流器按以下規(guī)則運行，亦分三種情形:
[0018]甲、若最小負荷功率Smin=饋線一 Fab的負荷功率Sab，則有源補償裝置中的交直交變流器三ADA。不工作，而交直交變流器一 ADA 3按饋線二 F b。負荷功率S b。與饋線一 F ab負荷功率Sab之差S bc;-Sab的一半在其計算容量內(nèi)分擔饋線二 F b。的負荷功率S b。，交直交變流器二ADAb按饋線三F ^負荷功率S ^與饋線一 F ^負荷功率S ab之差S M-Sab的一半在其計算容量內(nèi)分擔饋線三Fea的負荷功率S ca；
[0019]乙、若最小負荷功率Smin=饋線二 F b。的負荷功率S b。，則有源補償裝置中的交直交變流器一 ADAa不工作，而交直交變流器二 ADA )3按饋線三F⑶負荷功率S ^與饋線二 F b。負荷功率Sbe之差S ea_Sb。的一半在其計算容量內(nèi)分擔饋線三F ea的負荷功率S ca,交直交變流器三ADA。按饋線一 F &負荷功率S &與饋線二 F b。負荷功率S b。之差S ab_Sb。的一半在其計算容量內(nèi)分擔饋線一 Fab的負荷功率S ab;
[0020]丙、若最小負荷功率Smin=饋線三F ea的負荷功率S ca,則有源補償裝置中的交直交變流器二 ADAb不工作，而交直交變流器一 ADA 3按饋線二 F b。負荷功率S b。與饋線三F Μ負荷功率Sm之差S ^-Sca的一半在其計算容量內(nèi)分擔饋線二 F b。的負荷功率S b。，交直交變流器三ADA。按饋線一 F &負荷功率S &與饋線三F⑶負荷功率S Μ之差S ab_SM的一半在其計算容量內(nèi)分擔饋線一 Fab的負荷功率S ab。
[0021]即是說，各交直交變流器的最大分擔功率等于其計算容量。
[0022]這種多饋線組合式供變電構(gòu)造具有組合性。當只有兩組負荷時，可以選擇牽引變壓器一 TTab、牽引變壓器二 TTbc、牽引變壓器三TTca中的任意兩臺給負荷供電，對應(yīng)的匹配變壓器MT也連接兩組交直交變流器；當多于三組負荷時，則按照全部負荷盡可能均勻分布于三相電網(wǎng)的原則，在對應(yīng)的牽引母線上引出饋線即可，相應(yīng)地調(diào)整對應(yīng)的牽引變壓器、匹配變壓器及交直交變流器的計算容量而不用增加設(shè)備套數(shù)。
[0023]高速和重載鐵路已廣泛采用基于IGBT、IGCT等全控型器件的大功率交直交型電力機車或動車組，其負荷的功率因數(shù)接近于1，一般只計及其有功負荷即可，所含無功負荷是感性的，其量極小，可以忽略。但當無功負荷不可忽略時，如使用交直型電力機車的場合，可由交直交變流器輸出端口進行無功功率補償，使其功率因數(shù)升高。
[0024]根據(jù)可靠性要求，可以考慮牽引變壓器、匹配變壓器及交直交變流器的備用數(shù)量與方式。
[0025]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0026]一、本實用新型具有良好的組合性，容易按照實際需求增減供電設(shè)備，實現(xiàn)合成負序相量在360°范圍內(nèi)的跟蹤補償。
[0027]二、本實用新型可以實現(xiàn)價格昂貴的有源補償裝置容量需求的最小化，從而大大減少其在供電設(shè)備中所占比重，有效減少一次性投資。
[0028]三、本實用新型可以方便地用于負荷轉(zhuǎn)換為再生反饋情形，進一步增強系統(tǒng)的節(jié)能效果。
[0029]四、本實用新型技術(shù)先進、可靠，易于實施。
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的描述。
【附圖說明】